高中生物中生命科学前沿问题的发展现状及其在教学中的渗透.doc

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date高中生物中生命科学前沿问题的发展现状及其在教学中的渗透高中生物中生命科学前沿问题的发展现状及其在教学中的渗透高中生物中生命科学前沿问题的发展现状及其在教学中的渗透【摘要】随着新一轮的基础教育课程改革正在越来越广泛的范围开展，给传统的中国基础教育带来了前所未有的冲击，同时在教学内容上也有了较大的突破，新课改的理念之一就是“注意学科渗透，关心科技发展” ，内容上也适当加大了前沿生物知识的比重，比如人类基因组计划、干细胞技术、基因工程及基因治疗等内容。本文就这些生命科学前沿问题的发展现状，以及如何让生命科学前沿知识更好的服务高中生物教学做简单的研究。【关键词】高中生物、生命科学前沿问题、教学方法1、高中生物中生命科学前沿问题的发展现状1.1我国人类基因组研究现状  我国的科学家从九十年代初就展开了我国自己的基因组研究计划，同时也积极参与国际人类基因组计划的研究工作。1992年我国就开展了水稻基因组的测序工作；而我国1994年提出并开始实施的“中华民族基因组中若干点位基因结构的研究”项目，则正式将人类基因组计划纳入国家重点研究项目；同时在国家863计划中也做了适当的调整和安排，国家863计划在“九五”以重大疾病基因分离克隆及结构功能研究为目标正式立项，给予了较大的支持，在1997年列为重大项目后，支持的力度大大加强。为了合理配置和利用有限的资金和设备资源，1998年初在上海成立了以陈竺院士为核心的国家人类基因组南方研究中心，之后又在北京成立了中科院人类基因组研究中心和国家人类基因组北方研究中心。我国人类基因组研究工作正在紧张有序地进行着。  几年来，我国科学家经过努力拼搏，取得了一定的成绩，首先是建立了肿瘤、心血管疾病、神经、免疫、遗传性疾病的家系和疾病现场遗传材料的收集网络，取得了大量的样品。其中高血压家系200个，病例样品840个，糖尿病家系88个，病例样品逾700个。在江苏肝癌现场、河南山西食管癌现场、广东广西鼻咽癌现场、山东胃癌现场大面积病人群及对照低发人群的样品收集已成网络，神经遗传性疾病的样品和家系的收集也取得的很大的成绩。完成了南北方两个汉族人群和西南、东北12个少数民族的DNA样本的收集整理工作，建立了733个永生细胞株，为我国多民族基因组的研究保存了宝贵的资源材料。  其次，建立了较完整的基因组研究技术体系。包括作图(工具酶研制、DNA文库筛选和构建、顺序标签位点制作)，测序(较大规模的cDNA片段和基因DNA的测序)，定位(荧光原位杂交和辐射杂种细胞)，基因识别(差异显示、cDNA选择和外显子捕捉)，基因组扫描和染色体显微切割等技术。引进了人的基因酵母人工染色体(YAC)、细菌人工染色体(BAC)库，构建了一批有特色，十分有用的正常人群、胎儿、患病人群的各种组织(肝脏、心脏、造血等组织)的cDNA文库，为筛选新基因打下了基础。  再次，疾病基因和功能基因研究获得实质性进展。目前已经完成全长cDNA及基因组DNA克隆、测序的新基因达20多个。其中包括两个肝癌相关基因、一个白血病的致病基因、三个造血系统调控基因、两个消化系统肿瘤相关基因、两个神经疾病相关基因、两个心血管病相关基因和四个细胞因子及信号传导相关分子基因；还有株蛋白基因、血管紧张转换酶基因、脂蛋白酶基因和载脂蛋白基因等。1.2干细胞技术发展现状    干细胞技术是生物技术领域最具有发展前景和后劲的前沿技术，其已成为世界高新技术的新亮点，势将导致一场医学和生物学革命。干细胞技术最显著的特征就是能再造一种全新的、正常的甚至更年轻的细胞、组织或器官。由此人们可以用自身或他人的干细胞和干细胞衍生组织、器官替代病变或衰老的组织、器官，并可以广泛涉及用于治疗传统医学方法难以医治的多种顽症，诸如白血病、早老性痴呆、帕金森氏病、糖尿病、中风和脊柱损伤等一系列目前尚不能治愈的疾病。从理论上说，应用干细胞技术能治疗各种疾病，且其较很多传统治疗方法具有无可比拟的优点。事实上，“干细胞”的概念不仅仅局限于“造血干细胞”，同样，它的用途也不仅仅局限于治疗白血病，“干细胞”研究是在当今医学界十分热门及具有远大发展前景的前沿领域。近几年世界各国科学家对于干细胞的临床应用研究已经取得很大的进展。目前大量实验研究已证明，干细胞可用来治疗心脏病、老年痴呆、帕金森氏综合症、中风、糖尿病等疾病。现举例如下：  1.2.1胚胎干细胞育出心脏组织  以色列工学院最近宣布，科学家首次从胚胎干细胞中培养出人类心脏组织。他们培育出的心脏组织，可以自然跳动，并且有新生心脏组织的电生理特性和机械性。 1.2.2造血干细胞育出肾脏组织  英国科学家报道，他们已经用骨髓干细胞培育出了肾脏组织，这在器官移植手术中是一个重大突破。这一突破，使那些等待器官移植的病人不必再依赖于器官捐献，医生可通过修补受损肾脏来达到治疗的目的。同时也是第一次证明了成人骨髓干细胞可以发育成为成熟的肾脏细胞。 1.2.3神经干细胞  瑞典神经学家Biorklund 及其同事应用从流产胎儿脑中分离的神经干细胞，移植入患者的脑中来治疗帕金森氏综合症。经术后对病人进行跟踪研究，发现移植的神经元仍然存活，并继续产一多巴胺，而且口才的症状得到明显改善。 1.2.4胰岛干细胞  美国佛罗里达大学教授Ramiya 及其同事从尚未发病的糖尿病小鼠的胰岛导管中分离出胰岛干细胞，并在体外诱导这些细胞分化成为产生胰岛素的细胞。移植实验表明，接受移植的糖尿病鼠血糖尝试控制良好，而对照的小鼠死于糖尿病。1.3基因治疗发展现状基因治疗可以分为两类，生殖细胞基因治疗和体细胞基因治疗。前者关系到伦理问题后者较易进行，所以基因治疗主要从体细胞基因着手。目前基因转移的方法分为生物学方法、物理方法和化学方法。广义的基因治疗是指利用基因药物治疗，而通常说的狭义的基因治疗是指用完整的基因进行基因替代治疗，一般用DNA序列，主要的治疗途径是体外基因治疗，即在体外用基因转染病人靶细胞，然后将经转染的靶细胞输入病人体内，最终给予病人的疗效物质是基因修饰的细胞，而不是基因药物。除间接体内法外，还可以用基因药物进行直接体内途径治疗，这些基因药物可以是完整基因，也可以是基因片段；可以是替代治疗，也可以是抑制性治疗。基因治疗可分为生殖细胞基因治疗和体细胞基因治疗两种类型。生殖细胞基因治疗，是在患者的生殖细胞中进行操作，使其后代从此再也不会得这种遗传疾病。但实际上，目前的技术水平还远远没有达到理论水平，难以解决关键的基因打靶问题，加之主动接受治疗的志愿患者甚少，还不能进入临床试验。体细胞基因治疗,是当前基因治疗研究的主流。目前基因治疗的安全性是比较可靠的，其安全性远高于传统治疗法，因为基因治疗丧生的例子很少见。美国政府已经对基因治疗的安全问题发出声明，鼓励人们多尝试这种新形式的治疗方法。但是我们不排除治疗过程中的一些隐患问题。对此我们应该提高基因定位的准确性和转移载体的稳定性，在技术水平上提高安全性。此外，寻找更安全的载体和导入方法，也可以减少安全性的隐患。1.4基因工程发展现状1.4.1基因工程应用于植物方面 农业领域是目前转基因技术应用最为广泛的领域之一。农作物生物技术的目的是提高作物产量，改善品质，增强作物抗逆性、抗病虫害的能力。基因工程在这些领域已取得了令人瞩目的成就。由于植物病毒分子生物学的发展，植物抗病基因工程也也已全面展开。自从发现烟草花叶病毒(TMV)的外壳蛋白基因导入烟草中，在转基因植株上明显延迟发病时间或减轻病害的症状，通过导入植物病毒外壳蛋白来提高植物抗病毒的能力，已用多种植物病毒进行了试验。在利用基因工程手段增强植物对细菌和真菌病的抗性方面，也已取得很大进展。植物对逆境的抗性一直是植物生物学家关心的问题。由于植物生理学家、遗传学家和分子生物学家协同作战，耐涝、耐盐碱、耐旱和耐冷的转基因作物新品种(系)也已获得成功。植物的抗寒性对其生长发育尤为重要。科学家发现极地的鱼体内有一些特殊蛋白可以抑制冰晶的增长，从而免受低温的冻害并正常地生活在寒冷的极地中。将这种抗冻蛋白基因从鱼基因组中分离出来，导入植物体可获得转基因植物，目前这种基因已被转入番茄和黄瓜中。随着生活水平的提高，人们越来越关注口味、口感、营养成分、欣赏价值等品质性状。实践证明，利用基因工程可以有效地改善植物的品质，而且越来越多的基因工程植物进入了商品化生产领域，近几年利用基因工程改良作物品质也取得了不少进展，如美国国际植物研究所的科学家们从大豆中获取蛋白质合成基因，成功地导入到马铃薯中，培育出高蛋白马铃薯品种，其蛋白质含量接近大豆，大大提高了营养价值，得到了农场主及消费者的普遍欢迎。在花色、花香、花姿等性状的改良上也作了大量的研究。1.4.2基因工程应用于医药方面目前，以基因工程药物为主导的基因工程应用产业已成为全球发展最快的产业之一，发展前景非常广阔。基因工程药物主要包括细胞因子、抗体、疫苗、激素和寡核甘酸药物等。它们对预防人类的肿瘤、心血管疾病、遗传病、糖尿病、包括艾滋病在内的各种传染病、类风湿疾病等有重要作用。在很多领域特别是疑难病症上，基因工程工程药物起到了传统化学药物难以达到的作用。我们最为熟悉的干扰素(IFN)就是一类利用基因工程技术研制成的多功能细胞因子，在临床上已用于治疗白血病、乙肝、丙肝、多发性硬化症和类风湿关节炎等多种疾病。 目前，应用基因工程研制的艾滋病疫苗已完成中试，并进入临床验证阶段；专门用于治疗肿瘤的“肿瘤基因导弹”也将在不久完成研制，它可有目的地寻找并杀死肿瘤，将使癌症的治愈成为可能。由中国、美国、德国三国科学家及中外六家研究机构参与研制的专门用于治疗乙肝、慢迁肝、慢活肝、丙肝、肝硬化的体细胞基因生物注射剂，最终解决了从剪切、分离到吞食肝细胞内肝炎病毒，修复、促进肝细胞再生的全过程。经4年临床试验已在全国面向肝炎患者。此项基因学研究成果在国际治肝领域中，是继干扰素等药物之后的一项具有革命性转变的重大医学成果。1.4.3基因工程应用于环保方面工业发展以及其它人为因素造成的环境污染已远远超出了自然界微生物的净化能力，已成为人们十分关注的问题。基因工程技术可提高微生物净化环境的能力。美国利用DNA重组技术把降解芳烃、萜烃、多环芳烃、脂肪烃的4种菌体基因链接，转移到某一菌体中构建出可同时降解4种有机物的“超级细菌”，用之清除石油污染，在数小时内可将水上浮油中的2/3烃类降解完，而天然菌株需1年之久。也有人把Bt蛋白基因、球形芽孢杆菌、且表达成功。它能钉死蚊虫与害虫，而对人畜无害，不污染环境。现已开发出的基因工程菌有净化农药的DDT的细菌、降解水中的染料、环境中有机氯苯类和氯酚类、多氯联苯的工程菌、降解土壤中的TNT炸药的工程菌及用于吸附无机有毒化合物(铅、汞、镉等)的基因工程菌及植物等。90年代后期问世的DNA改组技术可以创新基因，并赋予表达产物以新的功能，创造出全新的微生物，如可将降解某一污染物的不同细菌的基因通过PCR技术全部克隆出来，再利用基因重组技术在体外加工重组，最后导入合适的载体，就有可能产生一种或几种具有非凡降解能力的超级菌株，从而大大地提高降解效率。2、生命科学前沿问题在高中生物课堂中的渗透2.1充分利用多媒体手段在课堂上渗透 多媒体具有直观形象、声像并茂的特点，它能化繁为简、化静为动，化抽象为直观，很多复杂的前沿知识学生能更好、更快地接受。比如PCR技术中DNA复制的过程不好理解，通过Flash展示，学生接受起来就非常容易。另外，多媒体容量大，可以节省紧张的高中生物课堂教学时间。 2.2课外搜集资料，课堂上讨论交流 前沿知识的学习不可能全在课堂上完成，可以让学生在课后利用图书馆或网络等渠道搜集资料，也可以由老师提供材料，拿到课堂上讨论，集思广益、激发“头脑风暴”，更好地理解生物科学前沿知识，并培养学生的表达能力、思维发散能力。 2.3结合习题渗透 很多高考题、模拟题都是以生物科学前沿知识为背景命题的，老师在评讲习题时带领学生了解这些知识，以扩大他们的知识面。 2.4通过展示栏展示 可以充分利用教室或校园内的展示栏，把新出现的生物科学前沿知识或热点展示出来，让学生及时了解科技发展的新动向，培养学生的兴趣，激发学生的学习和研究热情。例如2012年网上讨论比较热烈的“黄金大米”，通过我们及时地展示，学生不仅更深入地理解了基因工程的内容，还引发他们对转基因生物安全性的讨论，更好地促进了教材内容的学习。 2.5结合科普讲座渗透 在学校开设的活动课中可以增加一些科普知识讲座，相对其他方式而言，讲座更深入、更具体、更系统，有利于学生形成完整的知识网络，从较高层次理解和把握生物科学前沿知识的研究方法和内容，更有利于学生科学思维的培养。 2.6充分发挥生物兴趣小组的作用 建立生物兴趣小组，在老师适当地组织和指导下，学生可以通过报纸、杂志、电视节目、网络等途径获取资料学习和研究，在课外完成生物科学前沿知识的学习。通过他们的作品展示、交流汇报，培养他们的自学能力、探究能力、合作能力、表达能力。另外，通过他们对其他同学的宣传和影响，使更多的学生热爱生物、关注生物科学前沿知识的发展，培养高中学生的生物科学素养。 【参考文献】 1吴本连.化学前沿知识教育功能例谈J.山东教育，2001（11）. 2郑丑生，唐利强. 新课程背景下的中学物理前沿问题教学探讨J.当代教育理论与实践，2011（1）. 3黄敏. 高中物理教学中现代技术知识的渗透研究D. 西北师范大学教育硕士学位论文，2006.4李宝健主编.面向21世纪生命科学发展前沿M.广州:广东科技出版社,1996:15-39,329-3445董光璧.21世纪初科学发展趋势M.北京:科学出版社,1996:6-17,9-100,290-297-